Lexikon der Mathematik: Tensorprodukt von linearen Räumen
der zu gegebenen 𝕂- VektorräumenV1,…,Vn bis auf Isomorphie stets eindeutig existierende 𝕂-Vektorraum
zu dem eine universelle Abbildung
mit folgenden beiden Eigenschaften existiert:
- f ist multilinear;
- für alle 𝕂-Vektorräume W und alle multilinearen Abbildungen g : V1 × · · · × Vn → W gibt es genau eine lineare Abbildung
\begin{eqnarray}h:{V}_{1}\otimes \cdots \otimes {V}_{n}\to W\end{eqnarray} so, daß gilt:\begin{eqnarray}g=h\circ f.\end{eqnarray}
V1 ⊗ · · · ⊗ Vn heißt das Tensorprodukt von V1,…,Vn, seine Elemente heißen Tensoren der Stufe n. Als Schreibweise für das Bild von
unter der (stets eindeutigen) universellen Abbildung f hat sich
eingebürgert. Diese Elemente werden als Elementartensoren bezeichnet, und jeder Tensor ist eine Summe von Elementartensoren. Elemente aus dem Tensorprodukt
(V∗ Dualraum zum Vektorraum V) heißen p-fach kontravariante und q-fach kovariante Tensoren; im Falle p = 0 spricht man von (rein) kovarianten Tensoren, im Falle q = 0 von (rein) kontravarianten Tensoren, im Falle p, q ≠ 0 von gemischten Tensoren. Beispielsweise sind Vektoren aus V kontravariante Tensoren der Stufe 1 und Linearformen auf V sind kovariante Tensoren der Stufe 1. Die Bilinearformen auf V × V können als kovariante Tensoren der Stufe 2 aufgefaßt werden. Sind die Vektorräume Vi(1 ≤ i ≤ n) alle endlichdimensional, so ist die Dimension des zugehörigen Tensorproduktes das Produkt der Dimensionen der Vi :
In diesem Fall ist V1 ⊗ · · · ⊗ Vn also isomorph zu \({{\mathbb{K}}}^{\dim ({V}_{1}\otimes \cdots \otimes {V}_{n})}\).
Für zwei beliebige 𝕂-Vektorräume V1 und V2 ist ihr Tensorprodukt V1 ⊗ V2 gegeben durch den QuotientenvektorraumV/U, wobei V den 𝕂-Vektorraum
bezeichnet, und U ⊆ V den Unterraum, der aufgespannt wird von den Elementen der Form
([(u, w)] bezeichnet dasjenige Element aus V mit einer Eins an der Stelle (u, w) und Nullen sonst). Die zugehörige universelle Abbildung ist dann gegeben durch
Durch eine analoge Konstruktion gelangt man auch zum Tensorprodukt von mehr als zwei Vektorräumen Vi. Für zwei endlichdimensionale 𝕂-Vektorräume V1 und V2 gilt bis auf Isomorphie
und für beliebige 𝕂-Vektorräume V1, V2 und V3 gilt bis auf Isomorphie
eine analoge Aussage gilt auch für endlich viele 𝕂-Vektorräume V1,…,Vn. Es ist V1 ⊗ · · · ⊗ Vn = {0}, wenn für mindestens ein i ∈ {1,…,n} gilt: Vi = {0}. Ist (vi1,…,viπ(i)) eine Basis von Vi(i ∈ {1,…,n}), so bilden die Elemente
mit 1 ≤ ϕ(j) ≤ π(j) (1 ≤ j ≤ n) eine Basis von V1 ⊗· · ·⊗Vn. Stets wird das Tensorprodukt vom Bild der zugehörigen universellen Abbildung erzeugt.
Durch das Tensorprodukt wird die Betrachtung multilinearer Abbildungen auf lineare Abbildungen zurückgeführt, da die multilinearen Abbildungen auf V1 × · · · × Vn umkehrbar eindeutig den linearen Abbildungen auf dem Tensorprodukt V1 ⊗ · · · ⊗ Vn entsprechen.
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